Principes de base pour la conception parasismique des

Prof. Hugo Bachmann
Principes de base pour la conception parasismique des
bâtiments*
Prof. Dr. Hugo Bachmann
Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, Schweiz
RESUME: chez certains professionnels – surtout les architectes – on considère encore que la sécurité
parasismique des bâtiments est uniquement une question de calculs et de dimensionnement de la structure
porteuse par l’ingénieur civil. Ceci n’est de loin pas le cas! La conception et l’exécution de la structure
porteuse et des éléments non-porteurs jouent un rôle au moins aussi important. C’est pourquoi les principes de
base pour la conception parasismique des bâtiments sont présentés ici. Ils concernent le plus souvent à part
égale le travail de l’architecte et celui de l’ingénieur civil.
1
INTRODUCTION
Pour la sécurité parasismique de nouveaux
bâtiments, les principes déterminants à suivre pour
- la conception et
- la réalisation
de
- la structure porteuse et
- des éléments de construction non-porteurs
(cloisons intermédiaires, éléments de façade,
etc.)
pour
- la sécurité en cas de séisme (comportement à la
rupture) et
- la vulnérabilité sismique (endommagement)
sont exposés.
Des calculs et un dimensionnement aussi élaborés
soient-ils, ne peuvent pas compenser les erreurs ou
les défauts “parasismiques” de conception et
d’exécution de la structure porteuse et des
éléments non-porteurs.
Une conception et une exécution parasismique
appropriées n’entraînent en général pas ou peu de
surcoût pour les nouvelles constructions. Ceci reste
valable même lors de l’application de méthodes
modernes de calculs et de dimensionnement, en
particulier le dimensionnement en capacité orienté
en déformation.
* Traduction de la version revue et complétée de “Grundsätze für Ingenieure und Architekten für den erdbebengerechten
Entwurf von Hochbauten“, contribution à la journée d’études de la Société Suisse du Génie Parasismique et de la Dynamique des Structures “Prévention sismique en Suisse, Mesures parasismiques pour les constructions existantes et nouvelles “ des 7/8 septembre 2000 à l’ETH Zurich.
1
Il est indispensable de respecter les principes de
base pour la conception et la réalisation exposés
ci-après, cependant cela n’est pas suffisant. Des
calculs et un dimensionnement appropriés sont
également indispensables. Alors que l’architecte et
l’ingénieur civil participent tous deux à
l’élaboration du projet ainsi qu’à certains aspects
de la construction, les quelques principes de base
de calculs et de dimensionnement qui suivent
s’adressent essentiellement à l’ingénieur civil. Le
respect de ces principes par l’ingénieur civil sera le
plus souvent largement compensé par une
économie des coûts de construction.
2
PRINCIPE GENERAL POUR LA
PLANNIFICATION
Le respect du principe suivant lors des différentes
phases du projet est déterminant pour atteindre une
solution optimale:
Collaboration étroite entre l’architecte et
l’ingénieur civil dès les premières étapes d’un
projet!
De sérieuses lacunes persistent encore souvent
dans la collaboration entre l’architecte et
l’ingénieur civil. Elles peuvent entraîner inutilement des surcoûts importants. Souvent, l’ingénieur
civil est impliqué trop tard dans le projet. Même
les calculs les plus habiles des ingénieurs civils ne
peuvent compenser des erreurs et des défauts “parasismiques” de conception et de réalisation de la
structure porteuse et des éléments non-porteurs.
C’est pourquoi une collaboration étroite entre
l’architecte et l’ingénieur civil est absolument
nécessaire dès les toutes premières étapes d’un
projet.
maître de
l'ouvrage
architecte
ingénieur civil
Collaboration étroite entre l'architecte et l'ingénieur civil
dès les premières étapes d'un projet !
Il est faux de travailler “les uns après les autres”.
C’est-à-dire qu’il est faux que l’architecte élabore
d’abord un projet pour la structure porteuse et
choisisse des cloisons non-porteuses et des éléments de façade et seulement après s’adresse à
l’ingénieur pour lui faire faire les calculs et le dimensionnement. Il est également faux de d’abord
élaborer la structure porteuse pour les charges
verticales, puis les cloisons non-porteuses et les
éléments de façades et seulement après de compléter la structure pour qu’elle résiste aux effets de
séismes.
Il est nettement plus avantageux « de projeter ensemble »: L’architecte et l’ingénieur élaborent
ensemble une structure porteuse “polyvalente”,
c’est-à-dire une structure pour les charges verticales et les forces sismiques et ils choisissent ensemble les cloisons intermédiaires et les éléments nonporteurs convenant à cette structure. Ce procédé
évite des surcoûts considérables et une construction revue et corrigée qui sera finalement tout de
même inadaptée.
3
PRINCIPES POUR LA
CONCEPTION
Les principes suivants concernent la conception de
la structure porteuse et des éléments non-porteurs
(avant tout les cloisons et les éléments de façade),
pour laquelle une collaboration étroite entre
l’architecte et l’ingénieur civil est primordiale.
Eviter les rez-de-chaussée flexibles !
De nombreux effondrements de bâtiments lors des
tremblements de terre sont à mettre sur le compte
d’éléments de stabilisation présents dans les étages
supérieurs, mais absents au rez-de-chaussée où
seules des colonnes relativement minces subsistent. Cela entraîne un rez-de-chaussée flexible
2
Principes de base pour la conception parasismique des bâtiments
horizontalement (« soft storey ») et conduit au
dangereux mécanisme de colonnes (mécanisme
d’étage).
W, S
S
M
W
M
Eviter les stabilisations non symétriques!
Eviter les discontinuités de stabilisation!
Eviter les rez-de-chaussée flexibles !
Eviter les étages supérieurs flexibles!
Lorsqu’à un étage supérieur la stabilisation horizontale est affaiblie ou même totalement absente,
cela entraîne un étage flexible et par conséquent un
mécanisme de colonnes dangereux (mécanisme
d’étage).
Les discontinuités de stabilisation, c’est-à-dire une
disposition différente en plan et/ou en élévation sur
la hauteur des bâtiments, sont toujours des points
sensibles et conduisent souvent à l’effondrement
des bâtiments. Au droit des discontinuités, les
moments de flexion et les efforts tranchants ne
peuvent généralement pas être reportés de manière
satisfaisante. C’est pourquoi toute discontinuité de
stabilisation est absolument à éviter.
Eviter les discontinuités
de stabilisation !
Eviter les étages supérieurs flexibles !
Les sauts de rigidité et de résistance sont problématiques!
Eviter les stabilisations non symétriques!
Sur les plans des bâtiments de la figure suivante,
seules les parois constituant les éléments de la
stabilisation horizontale sont représentées. Les
colonnes conçues uniquement pour reprendre des
charges verticales n’y figurent pas. Les refends
sont disposés de façon fortement asymétrique. Le
centre de résistance W ne coïncide pas avec le
centre de masse M, ce qui entraîne une forte torsion avec rotation autour du centre de cisaillement
S et surtout la rupture des colonnes les plus éloignées du centre S.
Des sauts de rigidité et de résistance du contreventement principal sur la hauteur de la structure porteuse peuvent entraîner un comportement dynamique irrégulier et engendrer des problèmes lors de
la transmission locale des efforts. Une augmentation de la rigidité et de la résistance de bas en haut
(à gauche dans la figure) est nettement moins favorable qu’inversement. En tout cas, le plus grand
soin doit être apporté au dimensionnement et aux
dispositions constructives des zones de transition.
3
Eviter « le remplissage » des cadres par de la
maçonnerie!
Les sauts
de rigidité et de résistance
sont problématiques !
Eviter les systèmes mixtes de cadres et de parois
porteuses en maçonnerie!
Les systèmes porteurs mixtes composés de cadres
et de parois porteuses en maçonnerie ne sont pas
bien adaptés à la reprise des efforts sismiques.
Même avec un cadre relativement massif, les forces sismiques sont pratiquement toutes reprises par
les parois en maçonnerie qui sont nettement plus
rigides que le cadre. Lorsque les parois en maçonnerie s’effondrent suite aux forces sismiques, elles
ne peuvent alors plus reprendre les charges verticales, ce qui conduit le plus souvent à un effondrement total.
cadre en béton armé
paroi porteuse
en maçonnerie
Eviter les systèmes mixtes de cadres et
de parois porteuses en maçonnerie !
Les systèmes mixtes de cadres et de parois en maçonnerie sont aussi mal adaptés aux modifications
d’utilisation de plus en plus fréquentes tout au long
de la vie d’un bâtiment. Pour cette raison également ils devraient être évités. A long terme, il est
donc aussi dans l’intérêt du maître de l’ouvrage
d’opter pour une structure porteuse avec quelques
refends élancés en béton armé disposés sur toute la
hauteur du bâtiment. Des modifications ultérieures
compliquées et coûteuses sur la structure porteuse
sont ainsi automatiquement évitées.
4
Le remplissage des cadres par de la maçonnerie est
une combinaison extrêmement défavorable de
deux méthodes de construction très différentes: les
cadres sont souples et plus ou moins ductiles, la
maçonnerie est rigide et en même temps fragile.
Au début d’un tremblement de terre, la maçonnerie
reprend presque toutes les forces sismiques, mais
après elle s’écroule souvent par compression oblique ou glissement (faible frottement suite à un
manque de compression). Il peut aussi arriver que
la maçonnerie cisaille les piliers.
Eviter le remplissage des cadres
par de la maçonnerie !
Séparer les parois en maçonnerie, dans les bâtiments stabilisés par des refends en béton armé,
par des joints et les assurer contre les accélérations transversales!
Il peut souvent être utile de séparer les cloisons
intermédiaires - particulièrement les parois en
maçonnerie non-porteuses relativement rigides
dans leur plan et fragiles – de la structure porteuse
par des joints pour leur éviter d’être endommagées
par de petits tremblements de terre (< séisme de
dimensionnement). Les joints doivent être remplis
par un matériau très souple, et si possible insonorisant, par exemple avec du caoutchouc. Le liège, les
mousses dures, les kits pour joints, etc., sont par
contre trop rigides. L’épaisseur nécessaire du joint
dépend de la rigidité de la structure porteuse et de
la sensibilité à la déformation des cloisons intermédiaires ainsi que du niveau de sécurité choisi (<
séisme de dimensionnement). Souvent l’on doit
également assurer les cloisons intermédiaires
contre les accélérations latérales, par exemple à
l’aide de cornières, afin d’éviter leur effondrement
hors plan.
Principes de base pour la conception parasismique des bâtiments
Armer les parois porteuses en maçonnerie!
caoutchouc
20 - 40 mm
Séparer les
parois en maçonnerie
dans les bâtiments stabilisés
par des refends
par des joints et les
assurer contre les
accélérations transversales!
Stabiliser les bâtiments en maçonnerie avec des
refends en béton armé!
Les bâtiments en maçonnerie sont relativement
rigides. Ils ont souvent une fréquence propre élevée (dans la zone du plateau du spectre de dimensionnement) et par conséquent ils subissent de
grandes forces sismiques. Par ailleurs les parois en
maçonnerie non armées sont fragiles et elles ont
une dissipation d’énergie relativement faible.
Comme on ne peut, en général, pas atteindre une
sécurité sismique suffisante pour les bâtiments en
maçonnerie « purs » même pour des tremblements
de terre modérés (par exemple zone 1 d’après SIA
160), on doit stabiliser les bâtiments en maçonnerie non armée avec des refends en béton armé.
maçonnerie
refend en
béton armé
maçonnerie
Stabiliser les bâtiments en maçonnerie
avec des refends en béton armé !
Les refends en béton armé doivent être conçus de
façon suffisamment rigide (la longueur de la paroi
et la quantité d’armature verticale sont déterminantes). Ils doivent supporter leur part des forces sismiques en restant élastique, c’est-à-dire sans plastification de l’armature. Pour le séisme de dimensionnement, les déplacements horizontaux du bâtiment ne doivent pas excéder le déplacement entraînant la rupture des parois en maçonnerie les
plus rigides (longues).
Au lieu de stabiliser les bâtiments en maçonnerie
avec des refends en béton armé, on peut armer les
parois porteuses en maçonnerie. Il faut alors prévoir une armature horizontale minimale et une
armature verticale d’extrémité renforcée. Ainsi les
glissements dans les joints d’appui seront évités et
une certaine ductilité ( µ ∆ ∼ 2) pourra être atteinte.
Armer les
parois porteuses en maçonnerie !
armature minimale
armature d'extrémité
Dans les bâtiments stabilisés par des murs de
refends, souvent deux refends élancés en béton
armé par direction principale sont suffisants!
Pour une zone de faible sismicité, comme c’est le
cas en Suisse, en général deux refends élancés par
direction principale en béton armé s’étendant sur
toute la hauteur du bâtiment suffisent. Ceci est
particulièrement valable dans le cas de cloisons
intermédiaires non-porteuses plutôt flexibles ou
séparées de la structure porteuse par des joints (pas
de remplissage en maçonnerie sans joints). Pour
diminuer les effets de torsion, les refends devraient
êtres disposés symétriquement et, si possible, à la
périphérie du bâtiment. Il faudrait également éviter
de disposer les refends dans un angle du bâtiment à
cause de la difficulté de diffuser les forces de réaction correspondantes dans le sol. Des refends avec
une section en L (parois d’angle) et des refends
avec une section en U sont souvent nettement
moins favorables que ceux de section rectangulaire, car ils peuvent difficilement être conçus de
manière ductile. Par contre, des refends en béton
armé de section rectangulaire peuvent être facilement adaptés pour augmenter leur ductilité, ce qui
permet d’atteindre une grande sécurité parasismique pour l’ensemble du bâtiment.
5
nes courtes et massives, il se produit un énorme
gradient de moment et ainsi un grand effort tranchant, qui entraîne, avant même d’atteindre Mpl,
une rupture par cisaillement (une alternative pour
éviter une telle rupture est de les dimensionner au
cisaillement et de les construire selon les règles du
dimensionnement en capacité).
Dans les bâtiments stabilisés par des murs de refend, souvent deux
refends élancés en béton armé par direction principale suffisent !
M pl
l
Choisir et concevoir soigneusement les contreventements triangulés!
Les contreventements triangulés avec les liaisons
centriques usuelles aux noeuds se comportent souvent de manière très défavorable lors d’une sollicitation cyclique. Les diagonales élancées se plastifient en traction, s’allongent et flambent ensuite en
compression. De ce fait, la rigidité des contreventements triangulés diminue fortement au passage
du point de déformation nulle, ce qui entraîne des
effets dynamiques qui peuvent contribuer à la
ruine de la structure. De tels contreventements
triangulés ne devraient donc être prévus que pour
des comportements élastiques ou une ductilité très
basse. Des contreventements triangulés avec des
barres massives et des liaisons excentriques se
comportent nettement mieux. Il faut de toute manière soigneusement vérifier la compatibilité des
déformations des contreventements triangulés avec
les autres éléments de construction porteurs ou
non-porteurs.
M pl
énorme gradient
de moment
rupture par
effort tranchant !
Eviter les colonnes courtes !
Eviter les remplissages partiels dans les cadres!
L’insertion sans joint de remplissage partiel dans
les cadres a pour conséquence l’apparition du phénomène des colonnes courtes ou captives (voir
principe précédent). Cela entraîne une rupture par
cisaillement ou – en cas de résistance au cisaillement suffisante – un mécanisme de colonnes avec
des effets du 2ème ordre importants (effet-N- ∆ ).
Eviter les remplissages partiels dans les cadres !
Choisir et concevoir soigneusement
les contreventements triangulés !
Eviter les colonnes courtes!
Dans les cadres avec des poutres massives, les
colonnes peuvent être sollicitées au plus jusqu’à
leur moment plastique Mpl. Dans le cas de colon6
Accorder la rigidité de la structure porteuse à la
sensibilité envers les déformations des cloisons
non-porteuses et des éléments de façade!
Si l’on combine, sans joint, des cloisons intermédiaires peu déformables (par exemple, en maçonnerie) avec une structure porteuse souple horizontalement (par exemple, un cadre), alors même de
petits séismes provoquent des dommages importants.
Principes de base pour la conception parasismique des bâtiments
La grandeur déterminante est la déformation
moyenne par étage (storey drift), c’est-à-dire le
rapport de la déformation de l’étage δ par sa hauteur h.
se trouvent à des niveaux différents et heurtent les
colonnes de l’autre bâtiment.
∆
δ
grandeur déterminante:
h
déformation moyenne
par étage δ/h
Accorder la rigidité de la structure porteuse à la
sensibilité envers les déformations des cloisons non-porteuses
et des éléments de façade !
Préférer des plans compacts!
Les parties gauche et droite du bâtiment sur la
figure ci-dessous voudraient vibrer de façon différente, mais elles se gênent mutuellement. Ceci
conduit en particulier dans la zone de transition à
de fortes sollicitations. Le comportement s’avère
nettement meilleur si l’on sépare le plan en deux
parties compactes par un joint.
défavorable
meilleur
Concevoir les joints entre deux bâtiments
de façon appropriée!
Assurer la cohésion grâce à des dalles monolithiques et répartir les forces sismiques!
Les dalles doivent être compactes et être reliées
avec tous les éléments porteurs verticaux de façon
à pouvoir transmettre la compression et la traction.
Les dalles en éléments préfabriqués sans béton
armé de liaison, par exemple, ne sont pas recommandées (à gauche sur la figure). Les dalles
monolithiques en béton armé, qui fonctionnent
dans leur plan comme des voiles rigides et
conservent ainsi la section des refends (effet de
diaphragme), sont préférables.
défavorable
meilleur
Assurer la cohésion grâce à des dalles monolithiques
et répartir les forces sismiques !
Préférer des plans compacts !
Concevoir les joints entre deux bâtiments de façon appropriée!
Cela signifie:
1) Les joints doivent avoir une largeur minimale
(normes);
2) Les joints doivent être vides et ne doivent pas
présenter des points de contact.
Les joints doivent éviter que les bâtiments voisins
s’entrechoquent (pounding) et se martèlent (hammering). Ces phénomènes sont particulièrement
dangereux lorsque les dalles des bâtiments voisins
En cas de sols sablonneux tenir compte d’une
éventuelle liquéfaction du sol!
Certains sol sablonneux à teneur en eau plutôt
élevée sont très stables et supportent bien les charges statiques, mais se comportent subitement
comme un liquide sous l’effet de vibrations –
comme lors d’un tremblement de terre –. Les bâtiments peuvent s’affaisser ou – si le sol est inhomogène ou lors d’une liquéfaction inégale –
s’incliner, ce qui peut aboutir à un effondrement
total. Un examen soigneux du sol de fondation et
des mesures spéciales telles que renforcement par
7
injections, fondation profonde (pieux), etc, peuvent éviter ce phénomène.
4
PRINCIPES DE BASE POUR LE
CALCUL ET LE
DIMENSIONNEMENT
Les principes de base suivants pour le calcul et le
dimensionnement concernent avant tout les domaines spécialisés de l’ingénieur civil et sismique,
mais ils peuvent également être importants pour
l’architecte.
En cas de sols sablonneux tenir compte
d'une éventuelle liquéfaction du sol !
"Assouplir"
peut
que renforcer!
être
plus
Dans certains cas le développement d’un spectre
de site est nécessaire!
efficace
Un « assouplissement », (softening) respectivement un affaiblissement de la structure porteuse par exemple, en incorporant des appuis sismiques
en matière synthétique – peut provoquer un déplacement de la fréquence propre dans le domaine
favorable du spectre de dimensionnement. Contrairement à un renforcement, respectivement un raidissement – et souvent combiné avec une augmentation de l’amortissement – les forces sismiques
résultantes peuvent être réduites de façon notable.
Les déplacements relatifs augmentent par contre
très fortement.
renforcer
accélération
"assouplir"
Les conditions locales du sol peuvent conduire à
des particularités notables de l’ampleur du mouvement du sol et de la réponse structurale. Ceci
peut être le cas
- avec des sols meubles dont la vitesse des ondes
de cisaillement est inférieure à 200 m/s ou/et
dont l’épaisseur est importante
- de certaines vallées avec des remplissages alluviaux ou glaciaires (rapport de la profondeur à
la largeur plus grand que environ 0.2)
- de façon générale, en cas de soupçon d’une
résonance entre le sol et le bâtiment.
déformation
relative
fréquence
fréquence
8
"Assouplir"
peut être plus efficace
que renforcer !
Dans certains cas le développement
d'un spectre de site est nécessaire !
Dans ces cas, même lors de faible tremblement de
terre, les vibrations propres très prononcées du sol
tendent à amplifier les mouvements sismiques.
C’est pourquoi des études spéciales sont indispensables. Si aucun microzonage avec les valeurs
spectrales correspondantes (spectre de réponse)
n’est disponible, il faut déterminer la fréquence
propre du sol et élaborer un spectre de dimensionnement propre au lieu (spectre de réponse de
l’accélération et du déplacement).
Principes de base pour la conception parasismique des bâtiments
Une structure porteuse ductile grâce au dimensionnement en capacité!
La structure porteuse d’un bâtiment doit toujours
être conçue de façon ductile, c’est-à-dire fortement
déformable dans les zones sollicitées plastiquement. Ceci est généralement également valable
dans le cas extrême où la résistance ultime est
tellement grande, que le séisme de dimensionnement peut être supporté de façon « élastique ». En
effet, les tremblements de terre peuvent être bien
plus grands que le séisme de dimensionnement! La
méthode de dimensionnement en capacité offre ici
un procédé simple et efficace. Grâce à elle, la sécurité à la rupture peut être considérablement
augmentée (facteur 2-4) sans surcoûts importants.
∆
E
structure
fragile
structure
ductile
E
rupture
∆
N
efforts de
Mo surcapacité
Vw
Protéger les fondations par le dimensionnement en capacité et
acheminer les forces jusqu'au sol de fondation!
5
PRINCIPES DE BASE POUR LES
DETAILS CONSTRUCTIFS
Les principes suivants concernent les aspects importants de la construction de la structure porteuse
et des éléments non-porteurs ainsi que des installations techniques et des aménagements. Ils concernent dans certains cas aussi bien l’ingénieur civil
que l’architecte.
Structure porteuse ductile grâce au dimensionnement en capacité !
Protéger les fondations par le dimensionnement
en capacité et acheminer les forces jusqu’au sol
de fondation!
La fondation doit reprendre, selon les principes de
base du dimensionnement en capacité, les efforts
de surcapacité de la structure et elle doit pouvoir
les reporter sans plastification au sol de fondation.
Les fondations devraient toujours rester dans un
état élastique. Elles évitent ainsi le développement
de zones plastiques, qui conduisent généralement à
des comportements incontrôlés produisant de
grandes déformations de la structure. Des réparations sont également bien plus difficiles à effectuer
dans les fondations que dans la structure. Il faut
donc absolument éviter des sollicitations excessives et des déformations plastiques du sol.
Dans les zones plastiques des refends en béton
armé il faut utiliser de l’acier d’armature ductile
avec Rm/Re ≥ 1.15 et Agt ≥ 6 % (valeurs fractiles) !
En Europe, une grande partie de l’acier d’armature
disponible sur le marché – en particulier les barres
de petits diamètres – n’est pas assez ductile. Pour
pouvoir atteindre une ductilité moyenne des structures en béton armé, l’acier d’armature dans les
zones plastiques doit répondre au minimum aux
exigences suivantes (valeurs fractiles) :
• Rapport de la résistance à la traction Rm = ft à
la limite d’écoulement Re = fy:
Rm/Re ≥ 1.15
• Allongement total à la force de traction maximale: Agt ≥ 6 %
9
R m / R e : rapport d'écrouissage
A gt :
allongement total à la
traction maximale
Dans les zones plastiques
des refends en béton armé
utiliser de l'acier
d'armature ductile avec
contrainte [MPa]
800
Rm
600
Rm
Re
R m /R e ≥ 1,15
A gt ≥ 6%
(valeurs fractiles)
Re
400
A gt
200
A gt
s
135º
Dans les zones plastiques
des colonnes et
des refends, munir
l'armature transversale
de crochets à 135° et les
disposer à intervalle
vertical s ≤ 5d !
s
d
d
d
d
0
0
5
10
15
allongement [%]
20
Des désignations telles que « acier d’armature
selon norme SIA162 » ou « répond aux exigences
des normes » ne sont pas suffisantes et induisent
en erreur car les normes actuellement en vigueur
sont elles-mêmes insuffisantes.
Il est vivement recommandé de faire faire des essais appropriés avant la mise en place de l’acier
d’armature dans la construction.
Dans les zones plastiques des refends et des colonnes, munir l’armature transversale de crochets à 135° et les disposer à intervalle s≤ 5 d !
Dans les zones plastiques des refends et des colonnes en béton armé (longueur plastique Lp), il faut
stabiliser les barres d’armature verticales pour
éviter qu’elles ne flambent sous les charges de
compression. Parfois, le béton doit également être
confiné afin de permettre des déformations de
compression plus élevées. L’armature transversale
nécessaire – armature de stabilisation et de confinement avec des étriers et des barres de liaison –
doit être ancrée avec des crochets à 135°; des crochets à 90° ne suffisent pas, et les dommages observés lors de chaque nouveau séisme le rappelle
invariablement. La distance verticale nécessaire
relativement faible entre les étriers et les barres de
stabilisation s ≤ 5 d (d = diamètre des barres stabilisées) est due à la ductilité souvent mauvaise (faible rapport d’écrouissage Rm/Re) des aciers
d’armature européens qui conduisent à un effet de
flambement défavorable.
Les évidements pour les conduites, les canaux de
ventilation, etc. ne doivent pas empiéter sur la
structure porteuse!
Sur les chantiers, les éléments pour l’évidement
des conduites, des canaux de ventilation, etc. sont
souvent insérés dans le coffrage d’éléments de la
structure porteuse très sollicités sans concertation
avec l’ingénieur civil, s’ils ne sont pas carrément
repiqués après coup. Ceci peut conduire à la ruine
d’éléments porteurs soigneusement planifiés (par
exemple des refends, des colonnes) et, par là, à de
graves problèmes de sécurité. Les évidements doivent être planifiés en étroite collaboration avec
l’ingénieur civil et être inscrits dans des plans
d’évidement pour ensuite être soigneusement
contrôlés sur le chantier.
Les évidements pour les
conduites, les canaux de ventilation, etc.
ne doivent pas empiéter
sur la structure porteuse !
interdit !
Pour les constructions préfabriquées assurer les
appuis!
Pour les appuis mobiles, il faut prévoir une longueur d’appui minimale bmin (normes) et pour les
appuis fixes, il faut disposer des goujons solides.
De plus, les poutres doivent être assurées contre
les risques de déversement latéral particulièrement
vers les appuis.
10
Principes de base pour la conception parasismique des bâtiments
b min
goujon
appui mobile
appui fixe
en plus: assurer contre le déversement latéral!
insuffisant
meilleur
Pour les constructions préfabriquées assurer les appuis !
Ancrer les éléments de façade aussi pour les forces horizontales!
Ancrer les remplissages partiels et les murs libres!
Bien fixer les faux-plafonds et les systèmes
d’éclairage!
Les forces sismiques horizontales provoquent toujours un moment renversant. S’il n’y a pas
d’ancrage, ou que celui-ci est insuffisant, l’élément
bascule et tombe.
Il arrive fréquemment que des faux-plafonds et des
systèmes d’éclairage tombent et mettent ainsi la
vie des personnes en danger. Des revêtements de
plafond, qui ne sont maintenus que par de minces
fils, par exemple, peuvent représenter un grand
risque pour les personnes. Des luminaires mal
fixés ou simplement vissés dans le plafond peuvent également tomber.
force sismique
horizontale
Ancrer les remplissages
partiels et les murs libres !
moment renversant
Ancrer également les éléments de façade pour les
forces horizontales!
Les éléments de façade ne doivent pas simplement
être posés sur des consoles, car le frottement résultant des charges verticales peut être vaincu par les
accélérations horizontales et verticales lors d’un
tremblement de terre. Les ancrages des éléments
de façade doivent donc également être dimensionnés pour l’accélération horizontale de l’étage
considéré.
Bien fixer les faux-plafonds et les systèmes d'éclairage!
Assurer les installations et les équipements!
La sécurité des installations et des équipements est
particulièrement importante pour les infrastructures vitales en cas de catastrophe, telles les hôpitaux, bâtiments des pompiers, centrales de commande, etc. qui doivent rester opérationnelles
même lors de graves tremblements de terre (classe
d’ouvrage CO III selon SIA160). Par exemple, les
conduites et les armoires doivent être fixées de
façon adéquate.
11
REFERENCES
Assurer les
installations et
les équipements!
(CO III SIA 160)
6
CONCLUSIONS
Pour la conception parasismique de bâtiments, il
est très important que l’ingénieur civil et
l’architecte travaillent en étroite collaboration dès
le début du projet. Ainsi, des surcoûts notables et
des adaptations après coup, de toute manière insuffisantes, peuvent souvent être évités. Des principes
de base importants et simples doivent être pris en
considération dès la conception des structures porteuses et lors du choix des éléments non-porteurs
(cloisons intermédiaires, façades). Pour les calculs
et le dimensionnement, l’ingénieur civil doit adopter des méthodes modernes, par exemple le dimensionnement en capacité orienté en déformation. En
observant ces règles, la sécurité parasismique des
bâtiments des régions à sismicité modérée sera
réalisée en général sans surcoûts importants.
12
Bundesamt für Zivilschutz: "Katastrophen und
Notlagen in der Schweiz, eine vergleichende
Übersicht (KATANOS)". Bern, 1995.
Schweizerischer Pool für Erdbebenversicherung:
"Erdbebenszenarien Schweiz". Untersuchungsbericht, Bern 1988. Kurzfassung im 10. Geschäftsbericht, Bern 1988.
Bachmann H., Darbre G.R., Deichmann N., Koller
M.G., Studer J.A., Tiniç S., Tissières P., Wenk
T., Wieland M., Zwicky P.: "Mesures à prendre
par les autorités, les Hautes Ecoles, l’industrie
et le public pour la sécurité parasismique des
ouvrages
en
Suisse".
Documentation
SGEB/SIA DO150, Société Suisse des ingénieurs et des architectes, Zurich, 1998.
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